磨矿技术及其运用
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本文作者：李建伟1罗仙平1郭家栋2袁明3作者单位：1江西理工大学2河南金源黄金矿业有限责任公司3嵩县黄金矿业有限公司
钢球沿球磨机轴向的离析分布规律：球磨机中的钢球沿球磨机轴向分布并不合理，因为给矿端由于矿块粒度大，使得大钢球磨损严重，而排矿端由于粒度变小，磨损相对较小，因而钢球直径相对较大。钢球实际存在的这种轴向离析造成给矿端是小球打粗物料，排矿端是大球打细物料[4]。这种不合理分布以及钢球下落时打击的随机作用，遭成了钢球不能精确打击合适粒度的矿块，因而降低了磨矿效率。
球磨机内矿石粒度沿球磨机轴向分布规律：磨矿过程是一个粒度逐渐降低的过程，所以球磨机中物料的粒度分布沿轴线方向并不是均匀的，而是呈平均粒度逐渐降低、细粒级逐渐增加的规律分布。
微分区化磨矿技术：在磨矿过程中，球磨机内装有不同尺寸和比例的钢球，尽管这些钢球的尺寸和比例都是根据矿块尺寸和比例确定的，但钢球下落时产生的冲击作用具有随机性，即：如果大钢球打到合适粒度的矿块而产生的破碎力就比较精确，相反如果打到中等粒度的矿块或者细粒矿块，破碎力就过大；同理，小钢球打到合适粒度的矿块，破碎力就比较精确，而打到过大粒度矿块，由于破碎力不够，不能产生破碎作用[5-6]。由于球磨机中矿石沿磨机轴线方向的不均匀分布和球磨机中钢球沿磨机轴向的离析分布，为提高球磨机的破碎概率，实现精确化破碎，提高磨机效率，可将球磨机分为两个粉碎区：粗粉碎区和细粉碎区。粗粉碎区位于球磨机给料端，细粉碎区位于球磨机排料端。在粗粉碎区，提高大钢球的配比，减少小钢球的配比，加强钢球的冲击作用，从而适应粗粉碎区矿石粒度大且大钢球磨损严重等问题；而在细粉碎区，因粉碎矿石粒度较小，因此可通过降低钢球球径，提高钢球的总表面积和堆积率，强化钢球的研磨作用，从而实现降低排矿粒度，提高磨矿效率的目的。
应用试验研究
1现场球磨机的精确化装补球调试
本次应用试验在河南某金矿选矿厂进行，该选矿厂设计处理能力为3000t/d，磨矿分级设备分别选用1台MQY4261型溢流型球磨机和4台φ660水力旋流器(2用2备)。现场球磨机初加球方案为φ100∶φ80∶φ60=4∶3∶3，补加球方案与初加球方案相同，通过对现场生产成本数据进行统计，得出该方案下磨机吨矿电耗为12.87kW•h，吨矿钢耗为1.06kg，磨矿分级系统技术指标如表1所列。从现场取样测定磨机新给矿粒度组成特性，根据段氏球径半理论公式，计算各矿粒所需钢球的直径，然后根据待磨物料的组成特性进行粒级合并等处理，最终确定钢球直径与配比如表2所列。新给矿按95%过筛的最大粒度dmax=12mm，-0.074mm产率为12.90%，确定初加球方案为φ80∶φ60∶φ40∶φ30=30∶30∶25∶15，平均球径为56.5mm。绘制磨机初装球的球荷粒度正累积特性曲线，用作图法确定补加球后的球荷正累积特性曲线，根据此曲线得出各种补加球的比例，如图2所示。由于磨矿过程中大球可以磨成小球，故不再补加φ30的球，从φ40开始补加，由图2可以得到补加球方案为φ80∶φ60∶φ40=45∶27.5∶27.5。按照精确化装补球计算得到初加球方案和补加球方案，对现场球磨机进行重新装补球调试，根据月统计分析，得到磨矿分级系统生产指标如表3所列。月统计期间磨机总电耗为1196142.06kW•h，吨矿电耗为12.14kW•h，与精确化装补球改造之前相比降低了5.67%，钢球总耗量94587.84kg，吨矿钢耗为0.96kg，与改造前相比降低了9.43%。
2现场球磨机的微分区化改造
在对现场球磨机进行精确化装补球调试的基础上，进行微分区化磨矿技术改造。首先测得磨机在经过精确化装补球调试后，球磨机排矿端的粒度组成特性；然后在球磨机筒体中间加入钢球格子板，矿浆可以自由通过格子板而钢球不能自由通过，将球磨机分为两个区：粗磨区和细磨区。在粗磨区，按照球磨机新给矿粒度特性进行精确化计算得出的方案进行装补球；在细磨区，根据精确化装补球球磨机排料端粒度特性，进行装补球计算(此处要进行过大化处理)，得出初装球和补加球方案。初装球均由磨机筒体两端人孔加入(粗磨区和细磨区各对应一个人孔)，粗磨区补加球由磨机给矿段加入，细磨机钢球由磨机排矿端加入，靠磨机排矿口螺旋线的旋转加入球磨机。
1）细磨区精确化装补球方案确定
从精确化装补球调试后的球磨机排矿端取样，测得其粒度组成特性，根据段氏球径半理论公式进行球径精确化计算并进行过大处理，最终确定球磨机细磨区初装球方案如表4所列。经过精确化计算和过大化处理，最终确定球磨机细磨区钢球初加球方案为φ60∶φ40∶φ20=20∶30∶50，平均球径为34mm。用作图法确定补加球后的球荷正累积特性曲线如图3所示。从图3中可以看出，补加球方案为φ60∶φ40=50∶50。
2）微分区化改造与调试
在MQY4261型溢流型球磨机筒体内部1/2处加钢球格子板，将球磨机分为两个磨矿区：粗磨区(靠近球磨机给料端)和细磨区(靠近球磨机排料端)。粗磨区按现场球磨机精确化装补球方案进行，细磨区按细磨区精确化装补球计算方案进行，对现场球磨机进行调试。月统计分析磨矿分级系统生产指标如表5所列。月统计期间磨机总电耗为1196839.45kW•h，吨矿电耗为11.65kW•h，与精确化装补球改造后相比降低了4.04%；钢球总消耗量93487.03kg，吨矿钢耗为0.91kg，与精确化装补球改造后相比降低了5.21%。在球磨机排料端取样测得其粒度特性组成，与精确化装补球改造后排料端粒度特性组成进行对比，如表6所列。由表6可以看出，经过微分区化改造后，球磨机排矿端+3mm粒级含量略微增加，1～0.3mm粒级含量明显减少，与改造前相比减少8.78%，-0.074mm含量显著增加，与改造前相比增加5.56%。
经济效益评价
实施微分区化磨矿改造后，由于磨矿效率提高，降低了磨矿的单位电耗和钢耗。与精确化装补球改造后相比，单位电耗降低了0.49kW•h，工业用电按0.78元/(kW•h)计算，可降低吨矿电耗成本0.38元；单位钢耗降低了0.05kg，钢球按4500元/t计算，可降低吨矿钢耗成本0.23元，合计降低吨矿成本0.61元。按年入磨矿量114万t计算，每年可节约磨矿费用69.54万元。
结语
(1)通过微分区化磨矿技术改造后，磨机内粗磨区和细磨区钢球的配比更符合球磨机内矿石粒度沿磨机轴线的分布规律，使装补球更加精确化，提高了破碎概率，从而提高了磨机生产率。(2)微分区化磨矿可从一定程度上避免球磨机内矿石粒度分布不均而造成钢球离析作用，从而提高磨机生产率。(3)微分区化改造以后，磨机排料端-0.074mm含量明显增加，而+6mm粒级矿石产率并无明显增加，说明在细磨区增加小钢球的比例，加强钢球的研磨作用，符合球磨机内矿石粒度沿磨机轴线的分布规律，对提高磨矿效率，从而降低生产成本有重要作用。(4)通过微分区化技术改造，与精确化装补球改造后相比，在旋流器溢流细度基本不变的前提下，生产能力提高了4.70%，效果明显。(5)实施微分区化磨矿以后，由于粗磨区和细磨区钢球充填质量不等，从而造成球磨机重心偏移，给球磨机的启动带来一定的影响，如何克服球磨机重心偏移带来的影响，可以作为进一步研究的课题。
